JP2005509359A - Method for selecting a subset of antennas from multiple antennas in a diversity system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、N個の信号を受信/送信するためにN個のアンテナの中のN個から成るサブセットを選択する方法に関する。 The present invention relates to a method of selecting a subset of N in the N antennas for receiving / transmitting N signals.
本発明は、更に、N個の信号を受信する受信器であって、NがNより大きく、N個の受信アンテナ及びN個の受信チェーンを有する当該受信器と、M個の信号を送信する送信器であって、MがMより大きく、M個の送信アンテナ及びM個の送信チェーンを有する当該送信器と、NがNより大きく、N個の受信アンテナ及びN個の受信チェーンを有する受信器によりN個の信号を受信する方法と、MがMより大きく、M個の送信アンテナ及びM個の送信チェーンを有する送信器によりM個の信号を送信する方法とに関する。 The present invention further relates to a receiver for receiving N signals, N is greater than N, and the receiver has N receive antennas and N receive chains, to transmit M signal a transmitter, M is greater than M, and the transmitter having M transmit antennas and M transmit chains, N is greater than N, the reception with N receiving antennas and N receive chains a method of receiving N signals by vessel, M is greater than M, and to a method of transmitting M signals by the transmitter with M transmit antennas and M transmit chains.
このような方法は、文書“Hybrid selection/optimum combining” by Jack H. Winters and Moe Z. Win, Proceedings Vehicular Technology Conference, Rhodes, May 2001から既知である。最近の伝送システムにおいて、送信器/受信器は、効率的に情報を通信するために複数の送信/受信アンテナを備えることができる。物理的な送信/受信アンテナの数は、利用可能な送信/受信チェーンの数(例えばデジタル入力/出力の数)より大きくてもよい。このような場合に、前記利用可能な送信/受信アンテナのサブセットのみが、同時に使用されることができる。このサブセットは、前記送信器と前記受信器との間の通信路によって、即ち前記受信器及び/又は送信器において利用可能であり得る通信路情報によって最適化されることができる。上述の文書から、通信路情報によるアンテナのアクティブサブセットの適応可能な選択による実際の送信/受信チェーンより多いアンテナの使用は、無線通信路の容量の実質的な増加をもたらすことができる。 Such a method is known from the document “Hybrid selection / optimum combining” by Jack H. Winters and Moe Z. Win, Proceedings Vehicular Technology Conference, Rhodes, May 2001. In modern transmission systems, the transmitter / receiver can be equipped with multiple transmit / receive antennas to efficiently communicate information. The number of physical transmit / receive antennas may be greater than the number of available transmit / receive chains (eg, the number of digital inputs / outputs). In such a case, only a subset of the available transmit / receive antennas can be used simultaneously. This subset can be optimized by the channel between the transmitter and the receiver, i.e. by channel information that may be available at the receiver and / or transmitter. From the above document, the use of more antennas than the actual transmit / receive chain by adaptive selection of the active subset of antennas with channel information can lead to a substantial increase in the capacity of the radio channel.
アンテナのサブセットを選択する既知の方法は、計算上効率が悪い。これは、最良のサブセット、即ち通信路の最適な容量(スループット)を与えるサブセットを得るための徹底的な調査を伴う。このような総当り(brute force)アプローチに対する計算の所要数は、アンテナ数の線形増加に対して指数関数的に増加し、適度なアンテナ数に対してでさえも実行不可能になる。 Known methods for selecting a subset of antennas are computationally inefficient. This entails a thorough investigation to obtain the best subset, i.e. the subset that gives the optimum capacity (throughput) of the channel. The number of computations required for such a brute force approach increases exponentially with a linear increase in the number of antennas and becomes infeasible even for a moderate number of antennas.
本発明の目的は、計算上効率的であるが、依然として実質的に最適なサブセット、即ち実質的に最適な通信容量を与えるサブセットを結果として生じる序文による方法を提供することである。 It is an object of the present invention to provide an introductory method that results in a computationally efficient but still substantially optimal subset, i.e. a subset that provides a substantially optimal communication capacity.
この目的は、本発明による方法により達成され、前記方法は、N個のアンテナから成る仮定セットから開始して、前記仮定セットから(N-N)回アンテナを除去するステップであって、前記除去は、前記アンテナの除去後に前記仮定セットの容量が最大値を持つように行われる当該ステップを有し、前記サブセットは、N個のアンテナから成る残りの仮定セットに対応する。本発明は、計算の複雑さの実質的な減少が、N個のアンテナから成る仮定セットから開始し、この後に1つずつ(N-N)個のアンテナを前記仮定セットから除去し、これによりアンテナが除去される段階毎に前記アンテナの除去が、前記仮定セットに対応するアンテナのサブセットの通信容量の最小の減少を生じるように行われることにより達成されることができるという認識に基づく。各段階において単一のアンテナのみが除去されることに注意する。N個のアンテナから成る仮定セットから開始して、(N-N)個のアンテナが、N個のアンテナから成る仮定セットが残るまでこの後除去される。N個のアンテナから成るこの残りの仮定セットは、所望のN個のアンテナから成るサブセットに対応する。このN個のアンテナから成るサブセットは、この後N個の利用可能な受信/送信チェーンに結合されることができる。シミュレーションは、このアプローチが、前記既知の方法の最適な通信容量に非常に近い通信容量を与えるサブセットの選択に至ることを示した。 This object is achieved by the process according to the invention, the method, starting from the assumption set of N antennas, a step of removing (N -N) times an antenna from the hypothetical set, the removal Comprises the steps performed such that the capacity of the hypothetical set has a maximum after removal of the antenna, the subset corresponding to the remaining hypothetical set of N antennas. The present invention starts with a hypothetical set of N antennas, with a substantial reduction in computational complexity, after which one ( N -N) antennas are removed from the hypothetical set, thereby Based on the recognition that for each stage that an antenna is removed, the removal of the antenna can be achieved by causing a minimum reduction in the capacity of the subset of antennas corresponding to the hypothetical set. Note that only a single antenna is removed at each stage. Starting from a hypothetical set of N antennas, ( N −N) antennas are subsequently removed until a hypothetical set of N antennas remains. This remaining hypothetical set of N antennas corresponds to the desired subset of N antennas. This subset of N antennas can then be combined into N available receive / transmit chains. Simulations have shown that this approach leads to the selection of a subset that gives a capacity very close to the optimal capacity of the known method.
本発明の上の目的及び特徴は、図面を参照して好ましい実施例の以下の記述から、より明らかになるだろう。 The above objects and features of the present invention will become more apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
図において、同一部分には、同じ参照番号が与えられる。 In the figures, identical parts are given the same reference numerals.
図1は、本発明による伝送システム10のブロック図を示す。伝送システム10は、送信器12と受信器14とを有する。伝送システム10は、更に、複数の送信器12及び複数の受信器14(図示されていない)を有し得る。送信器12は、複数Mの送信アンテナ16と複数Mの送信チェーン20とを有する。図1は、単に、Mが5であり、Mが2である送信器12の一実施例を図示するに過ぎない。M及びMの他の値は、MがMより大きい限り可能である。送信器12は、更に、2つの送信チェーン20を5個の送信アンテナ16の中の2個から成るサブセットに選択的に結合する結合手段18を有する。結合手段18は、M個のアンテナから成る仮定セットから開始して、前記仮定セットからアンテナを(M-M)回除去し、前記除去が、前記アンテナの除去後の前記仮定セットの容量が最大値を持つように行われることによりM個のアンテナ16から成るサブセットを選択するように構成される。最後に、前記所望のサブセットは、M個のアンテナから成る残りの前記仮定セットに対応する。2つの送信アンテナに対する2つの送信チェーン20の結合のため、送信器12は、2つ(M個)の信号を(無線)通信路を介して受信器14に送信することができる。送信チェーン20は、それぞれ、デジタルアナログ変換器と、1つ以上の増幅器と、1つ以上のフィルタと、ミキサとを有してもよい従来のRFフロントエンドを有し得る。
FIG. 1 shows a block diagram of a
受信器14は、複数Nの受信アンテナ22と、複数Nの受信チェーン26とを有する。図1は、単に、Nが4であり、Nが2である受信器14の一実施例を図示するに過ぎない。N及びNの他の値は、NがNより大きい限り可能である。受信器14は、更に、2つの受信チェーンを4個の受信アンテナ22の中の2個から成るサブセットに選択的に結合するように構成された結合手段24を有する。結合手段24は、N個のアンテナから成る仮定セットから開始して、前記仮定セットからアンテナを(N-N)回除去し、前記除去が、前記アンテナの除去後の前記仮定セットの容量が最大値を持つように行われることによりN個のアンテナ22から成る前記サブセットを選択するように構成される。最後に、前記所望のサブセットは、N個のアンテナから成る残りの前記仮定セットに対応する。2つの受信チェーン26に対する2つの受信アンテナ22の結合のため、受信器14は、2つ(N個)の信号を(無線)通信路を介して送信器12から受信することができる。受信チェーン26は、それぞれ、1つ以上の増幅器と、1つ以上のフィルタと、ミキサと、アナログデジタル変換器とを含んでもよい従来のRFフロントエンドを有し得る。
The
図2は、本発明によるN個の信号を受信/送信するN個のアンテナの中のN個から成るサブセットを選択する方法を図示するフロー図を示す。前記方法は、複数のステップ30、32、34、36及び38を有する。ステップ30において、前記方法が開始され、変数が初期化される。アンテナの仮定セットを表す変数又は変数のセットは、前記仮定セットが、N個のアンテナを有するような態様で初期化される。補助変数nはゼロに設定される。この補助変数nは、ステップ32及び34が実行される回数を制御するのに使用される。
FIG. 2 shows a flow diagram illustrating a method of selecting a subset of N among N antennas receiving / transmitting N signals according to the present invention. The method has a plurality of
この後、ステップ32において、前記アンテナの仮定セットから次に除去されるべきアンテナが決定され、前記補助変数nは1だけ増加される。前記次に除去されるべきアンテナは、該アンテナの除去後の前記アンテナの仮定セットの通信容量(スループット)が最大値を持つアンテナである。前記次に除去されるべきアンテナは、例えば、前記アンテナの仮定セットの各アンテナに対して該アンテナの除去後に結果として生じる容量を計算し、最高容量を生じるアンテナ又は複数のアンテナの1つを選択することにより決定されることができる。代わりに、アンテナの除去による容量減少が、前記仮定セットの各アンテナに対して計算されることができ、除去により最小の容量減少を生じるアンテナが選択される。
Thereafter, in
次に、ステップ34において、ステップ32において決定された前記アンテナは、前記アンテナの仮定セット(を表す変数/複数の変数)から除去される。
Next, in
次に、ステップ36において、前記補助変数nが(N-N)より大きいかどうかが決定される。もし肯定であれば、ステップ32及び34は、(N-N)回実行され、(N-N)個のアンテナが、前記アンテナの仮定セット(初めはN個のアンテナを有していた)から除去されていて、前記方法は、ステップ38に続く。しかし否定であれば、少なくとも1つの他のアンテナが決定され、前記アンテナの仮定セットから除去されなければならず、従ってステップ32及び34が再度実行される。
Next, in
ステップ38において、前記方法は終了し、前記残りのアンテナの仮定セットを表す前記変数/複数の変数は、N個のアンテナを有する。前記所望のサブセットは、このN個から成る残りの仮定セットに対応する。
In
結合手段18は、利用可能なM個の送信チェーン20に対してM個の送信アンテナの中の何れのM個にでもスイッチすることを可能にする。同様に、結合手段24は、利用可能なN個の受信チェーン26に対してN個の受信アンテナ22の中の何れのN個にでもスイッチすることを可能にする。s[k]=(s1[k],..., sM[k])Tを、符号間隔k≧0で送信されるべきであり且つ送信チェーン20に供給される信号のM×1ベクトルとして定義し、x[k]=(x1[k],..., xN[k])Tを受信信号の対応するN×1ベクトルとして定義し、ここで(T)は行列の転置を表す。まず、s[k]とx[k]との間の関係が以下のように書き表されることができるように、非選択的なノイズが多い通信路を仮定し、
x[k]=√(ES)Hs[k]+n[k] (1)
ここで、ESは何れの送信アンテナから何れの受信アンテナにも寄与する通信路使用毎の(平均)信号エネルギであり、n[k]は、複素次元毎のアンテナ毎の平均エネルギ(N0/2)を持つ環境ノイズのN×1ベクトルであり、HはN×M通信路行列であり、ここで成分Hq,pは、p番目の送信チェーンとq番目の受信チェーンとの間の複素値の無記憶通信路を特定する。E{n[k]n[k]H}=N0INとなるように、加法性白色ガウシアン環境ノイズを仮定し、ここでE{・}は、数学的期待値であり、INはN×Nの単位行列であり、(H)はエルミート共役を示す。
Coupling means 18 makes it possible to either switch even in the M in the M transmit antennas to the available
x [k] = √ (E S ) Hs [k] + n [k] (1)
Here, E S is the (average) signal energy per also contributes channel used in any of the receiving antennas from any transmitting antennas, n [k] is the average energy of each antenna of each complex dimension (N 0 / 2) is an N × 1 vector of environmental noise, H is an N × M channel matrix, where the component H q, p is between the p th transmit chain and the q th receive chain Specifies a complex-value memoryless channel. Assume additive white Gaussian environmental noise such that E {n [k] n [k] H } = N 0 I N , where E {•} is the mathematical expectation and I N is It is an N × N unit matrix, and ( H ) indicates Hermitian conjugate.
このような通信路の最大スループット(容量)は、通信路使用毎のビット(bits per channel use)で測定されると、
C(H)=log2det(IN+(ES/N0)HHH) (2)
により与えられ、ここでdet(・)は、行列式を表す。一般に、アンテナ選択手順の目的は、前記スループット(2)が最大化されるように全体の利用可能なM個の送信(N個の受信)アンテナの中からM個の送信(N個の受信)アンテナを選択することである。HをM個の送信アンテナとN個の受信アンテナとの間の無記憶通信路を記述するN×M行列として定義する(前記アンテナは全て適切な送信/受信チェーンを備えると仮定する)。アンテナ選択問題は、ここで、式(2)を最大化するN×M行列HのN×MサブブロックHの選択に相当する。上述の文書において提案されたようなこの問題に対する総当りアプローチは、Hの全てのあり得るN×Mサブブロックにわたる式(2)の徹底的な最大化である。このアプローチは、しかしながら、M及び/又はNが比較的大きい場合には厄介すぎる。以下に、計算上効率的な準最適選択アルゴリズムが、記述される。
The maximum throughput (capacity) of such a channel is measured in bits per channel use,
C (H) = log 2 det (I N + (E S / N 0 ) HH H ) (2)
Where det (·) represents the determinant. In general, the purpose of the antenna selection procedure is to make M transmissions ( N receptions) out of the total available M transmissions ( N receptions) so that the throughput (2) is maximized. It is to select an antenna. The H is defined as N × M matrix describing the memoryless channel between the M transmit antennas and N receive antennas (assuming the antenna all with appropriate transmit / receive chains). The antenna selection problem here corresponds to the selection of the N × M sub-block H of the N × M matrix H that maximizes equation (2). A brute force approach to this problem as proposed in the above document is a thorough maximization of equation (2) over all possible N × M sub-blocks of H. This approach, however, is too cumbersome when M and / or N are relatively large. In the following, a computationally efficient suboptimal selection algorithm is described.
第一に、M個のアンテナの固定サブセットが、前記送信器において選択され(M=Mは、前記送信器が通信路情報を持たない場合には理にかなう)、N個の利用可能なアンテナの中の任意のN個のアンテナのセットが、N×M通信路行列Hの情報を鑑みて、前記受信器において適応的に選択され得ると仮定する。後者の行列は、全てのN個の受信アンテナ(のサブセット)が、前記N個の利用可能なフロントエンドに連続的に接続される場合、通信路推定段階の間に取得される。本発明の原理によると、(N-N)個の受信アンテナは、この後、その都度、式(2)による前記容量の最小の減少を生じる1つのアンテナが除去されるように除去される。次に、このアイデアの実施に焦点を合わせる。 First, a fixed subset of M antennas is selected at the transmitter ( M = M makes sense if the transmitter has no channel information) and N available antennas. Assume that any set of N antennas in can be adaptively selected at the receiver in view of the N × M channel matrix H information. The latter matrix is obtained during the channel estimation stage when all N receive antennas (a subset) are connected in series to the N available front ends. According to the principles of the present invention, ( N− N) receive antennas are then removed so that each time, one antenna that causes the smallest reduction in the capacity according to equation (2) is removed. Next, focus on the implementation of this idea.
単一の受信アンテナの除去は、行列Hの単一の行の抑制と同等であることに注意する。この行列のp行目であるH pと、Hの残りの(N-1)行から成る(N-1)×M行列である Note that removal of a single receive antenna is equivalent to suppression of a single row of matrix H. And H p is the p th row of this matrix is the made of the remaining (N -1) rows of H (N -1) × M matrix
を示す。式(2)及び幾らかの単純な代数により、前記通信路 Indicates. According to equation (2) and some simple algebra, the channel
に対応する容量は、以下のように書き表されることができる。
前記p行目の除去は、式(3)の右辺の第2項により反映される容量減少に帰着することに注意する。この故に、N個の中からの(N-1)個の受信アンテナの最適な選択は、(3)を最大化する、又は同等に
H p(IM+(ES/N0)H H H)-1 HpH (4)
を最小化するpを生じる。
Note that the removal of the p-th row results in a capacity reduction reflected by the second term on the right side of equation (3). Hence, the optimal selection of (N -1) number of receiving antennas from among the N maximizes (3), or equivalently
H p (I M + (E S / N 0 ) H H H ) −1 H p H (4)
Yields p that minimizes.
N<N及びM=Mである一般的な場合に、(N-N)個のアンテナは、この後、その都度、(3)の容量の最小の減少又は同等に(4)の最小値を生じる単一のアンテナが除去されるように、除去される。Hは、前記除去された受信アンテナに対応する列を除外した部分行列により置き換えられるべきであることに注意する(例えば第2段階において、Hが In the general case where N < N and M = M, ( N− N) antennas will then have a minimum reduction in capacity of (3) or equivalently a minimum of (4) each time. Removed so that the resulting single antenna is removed. H, in careful (e.g. second stage to the removed receive antennas should be replaced by excluding submatrix columns corresponding, H is
により置き換えられる)。このような手順を効率的に実施するためには、(4)の逆行列に対する計算上効率的な更新を必要とする。このような更新は、正則なエルミート行列A及び同じ次元のベクトルxに関連する関係
(A-xxH)-1=A-1+A-1x(1-xHA-1x)-1xHA-1 (5)
により達成されることができ、ここで、Aは、前の段階において利用された反転行列を表し、xは、√(ES/N0)掛ける前の段階において除去された前記通信路行列の転置された列である。N個の中からN個の受信アンテナを選択するアルゴリズムの擬似言語記述が、下に与えられる。
Replaced by In order to carry out such a procedure efficiently, a computationally efficient update to the inverse matrix of (4) is required. Such updates are related to a regular Hermitian matrix A and a vector x of the same dimension.
(A-xx H ) -1 = A -1 + A -1 x (1-x H A -1 x) -1 x H A -1 (5)
Where A represents the inverse matrix utilized in the previous stage, and x is the channel matrix removed in the previous stage multiplied by √ (E S / N 0 ). This is a transposed column. Pseudo language description of the N algorithms for selecting N receive antennas out of are given below.
Set(設定) H←H, i←(1,..., N) and compute(計算)B=(IN+(ES/N0)HHH)-1.
For n=1 to (N-N)(n=1 から (N-N)まで)
Begin(開始)
Find(捜す)
Set H ← H , i ← (1, ..., N ) and compute B = (I N + (E S / N 0 ) H H H) -1 .
For n = 1 to ( N -N) (n = 1 to ( N -N))
Begin
Find
such that(以下のような)
Begin(開始)
Update(更新)
End(終了)
such that
Begin
Update
End
第一に、通信路行列H及びベクトルiが初期化され、即ちHは、N×M通信路行列Hに等しくされ、iは、全てのN個のアンテナのインデックスを含む1×Nベクトルに等しくされる。ベクトルiは、(最初にN個のアンテナを有する)アンテナの仮定セットを表す。更に、初期化中に、補助変数B(式(4)の真ん中の部分)が計算される。この変数の計算値は、前記アルゴリズムの第1繰り返し中の前記通信容量の計算中に使用されるだろう。 First, the channel matrix H and the vector i are initialized, i.e., H is equal to the N × M channel matrix H , i is equal to the 1 × N vector containing the indices of all N antennas. Is done. Vector i represents an assumed set of antennas (with N antennas initially). Furthermore, during initialization, the auxiliary variable B (the middle part of equation (4)) is calculated. The calculated value of this variable will be used during the calculation of the communication capacity during the first iteration of the algorithm.
次に、前記アルゴリズムは(N-N)回の繰り返しを実行し、各繰り返しにおいて、第一に、次に除去されるべきアンテナ(即ち The algorithm then performs ( N -N) iterations, and in each iteration, first the antenna to be removed first (ie
)が決定され、この後に、前記アンテナは、ベクトルiから対応するアンテナのインデックス ) Is determined, after which the antenna is indexed by the corresponding antenna from vector i
を除去することにより前記アンテナの仮定セットから除去される。 Is removed from the assumed set of antennas.
は、(Bの事前に計算された値を使用することにより)前記アンテナの仮定セットの残り全てのアンテナpに対して前記スループット/容量減少の式(4)を計算することにより決定される。 Is determined by calculating the throughput / capacity reduction equation (4) for all remaining antennas p of the hypothetical set of antennas (by using a pre-calculated value of B).
は、除去により最小のスループット/容量減少を生じる(換言すると、除去により最高の残りのスループット/容量を生じる)アンテナ(又は複数のアンテナの1つ)に対応する。 Corresponds to the antenna (or one of the plurality of antennas) that results in minimal throughput / capacity reduction upon removal (in other words, removal yields the highest remaining throughput / capacity).
前記仮定セットの全てのアンテナに対して各繰り返しにおけるそれぞれのアンテナの除去後の前記残りの仮定セットの前記容量/スループットを計算することも可能であることが知られている。しかしながら、実際の容量の代わりに前記容量/スループットの差を計算することは、複雑さがより低く、且つ計算上、より効率的である。 It is known that it is also possible to calculate the capacity / throughput of the remaining hypothetical set after removal of the respective antenna in each iteration for all antennas of the hypothetical set. However, calculating the capacity / throughput difference instead of the actual capacity is less complex and more computationally efficient.
通信路行列H及び補助変数Bは、(最後の繰り返しを除き)前記アルゴリズムの各繰り返しにおいて更新され、次の繰り返しに備える。通信路行列Hの前記更新は、たった今除去されたアンテナ The channel matrix H and auxiliary variable B are updated at each iteration of the algorithm (except for the last iteration) to prepare for the next iteration. The update of the channel matrix H is the antenna just removed
に対応する行の除外を伴う。 With the exclusion of the row corresponding to.
最後に、前記アルゴリズムの完了後、結果として生じる1×Nベクトルiは、選択された前記受信アンテナのインデックスを含む。 Finally, after completion of the algorithm, the resulting 1 × N vector i contains the index of the selected receive antenna.
このアルゴリズムが、送信アンテナを選択するため(即ちN=N及びM>Mの場合)に適用されることもできることは容易に理解される。このために、通信路容量の式(3)が、前記通信路行列のエルミート共役に対して不変であることを示す。(3)の1行目を見よ。この故に、上で提案された前記アルゴリズムは、初期化H←HをH←H Hに、IMをINに、NをMに及びNをMに置き換えた後に、たやすく利用されることができる。M個の中からM個の送信アンテナを選択するための結果として生じる修正されたアルゴリズムの擬似言語記述は、以下で与えられる。 It will be readily appreciated that this algorithm can also be applied to select transmit antennas (ie, when N = N and M > M). For this reason, it is shown that the equation (3) of the channel capacity is invariant with respect to the Hermite conjugate of the channel matrix. Look at the first line of (3). Hence, the algorithm proposed above, the initialization H ← H to H ← H H, a I M to I N, N to M and N after replacing the M that is readily available Can do. Pseudo language description of the modified algorithm from among the M resulting for selecting M transmit antennas is given below.
Set(設定) H←H H, i←(1,..., M) and compute(計算)B=(IN+(ES/N0)HHH)-1.
For n=1 to (M-M)(n=1 から (M-M)まで)
Begin(開始)
Find(捜す)
Set H ← H H , i ← (1, ..., M ) and compute B = (I N + (E S / N 0 ) H H H) -1 .
For n = 1 to ( M -M) (from n = 1 to ( M -M))
Begin
Find
such that(以下のような)
Begin(開始)
Update(更新)
End(終了)
such that
Begin
Update
End
送信器12における通信路情報は、送信アンテナ選択のために必須であることに注意する。この情報は、異なる態様で供給されてもよい。1つの可能性は、受信器14から送信器12へのフィードバックリンクを使用することである。受信器14は、取得された通信路パラメータを送信器12に通信するためにこのフィードバックリンクを使用する。他のオプションは、時分割複信(TDD)モードにおいて利用可能であってもよく、ここで、同じキャリア周波数が、下り及び上りリンクの両方に対して使用される。このような場合、各サイトは、受信段階中の前記サイト間の伝播通信路のパラメータを取得する。電磁波の伝播の相互作用のために、前記受信段階中に取得された前記通信路パラメータは、この後の送信段階にアンテナ選択を成し遂げるのに必要とされる前記通信路パラメータと同一とみなされることができる。通信路情報を送信器12に供給する適切な態様は、システム要件と時間周波数のリソース割り当ての型とに依存する。
Note that the channel information at the
上で提案された前記アルゴリズムは、無記憶通信路に対して効果的である。以下、周波数選択性通信路に対する同様なアルゴリズムが、明らかにされるだろう。無線通信路の周波数選択性は、通常、符号間干渉を結果として生じるマルチパス伝播による。しばしば、伝播遅延の幅は、適度に多様な符号レートに見える。このような通信路は、適度な数のタップを有する有限インパルス応答(FIR)線形フィルタにより正確に近づけられることができる。これらの場合に、無記憶通信路モデル(1)は、以下のように拡張され、即ち、
第一に、式(7)は、ウィーナ−マサニ定理(Wiener-Masani theorem)により、以下のように書き直され、
C(H)=log2det(D) (8)
ここで、Dは、正の明確なスペクトル密度行列関数
(IM+(ES/N0)H(ei2πf)HH(ei2πf)), f∈(0, 1)
の因果的な最小位相スペクトル分解から結果として生じるM×Mイノベーション共分散行列である。
First, Equation (7) is rewritten by Wiener-Masani theorem as follows:
C (H) = log 2 det (D) (8)
Where D is the positive explicit spectral density matrix function
(I M + (E S / N 0 ) H (e i2πf ) H H (e i2πf )), f∈ (0, 1)
Is the M × M innovation covariance matrix resulting from the causal minimum phase spectral decomposition of.
第二に、
(9)の右辺の第1項は、前記通信路インパルス応答の自己相関を含むのに対し、残りの項は、相互相関のみを含む。異なる遅延タップに対応する係数間の実質的な非相関性を鑑みて、前記第1項は、他項より支配的になるだろう。この見地に基づき、近似
以後、以下の表記を使用する。
H=[H1,:[0]T,..., H1,:[L]T,..., HN,:[0]T,..., HN,:[L]T]T
H=[H 1,:[0]T,..., H 1,:[L]T,..., H N,:[0]T,..., H N,:[L]T]T (11)
Hereinafter, the following notation is used.
H = [H 1 ,: [0] T , ..., H 1 ,: [L] T , ..., H N ,: [0] T , ..., H N ,: [L] T ] T
H = [ H 1 ,: [0] T , ..., H 1 ,: [L] T , ..., H N ,: [0] T , ..., H N ,: [L] T ] T (11)
近似(9)は、
後者の表現は、無記憶通信路(フラットフェージング)に対する以前に提案されたスループットの表現に似ている。違いは、N(L+1)×M行列Hの連続的な(L+1)×Mブロック(N(L+1)×M行列Hの(L+1)×Mブロック)が、同じ受信アンテナの異なるタップに対応するという事実にある。この故に、単一のアンテナの除去は、無記憶通信路の場合のような単一の行ではなく対応する(L+1)×Mブロックの除去を意味する。従って、式(3)及び(5)の対応する拡張を要する。これらの拡張に基づき、以前に述べられたN個の中からN個の受信アンテナを選択するアルゴリズムの拡張バージョン(即ち周波数選択性通信路用)が得られることができ、これの擬似言語記述が以下に提示される。 The latter representation is similar to the previously proposed representation of throughput for memoryless channels (flat fading). The difference is that N (L + 1) x M matrix H continuous (L + 1) x M blocks ( N (L + 1) x M matrix H (L + 1) x M blocks) receive the same The fact is that it corresponds to different taps on the antenna. Hence, removal of a single antenna means removal of the corresponding (L + 1) × M block rather than a single row as in the case of a memoryless channel. Therefore, corresponding extensions of equations (3) and (5) are required. Based on these extensions, can be enhanced version of the algorithm for selecting N receive antennas out of N pieces of the previously mentioned (i.e. for frequency selective channel) is obtained, this pseudo language description Presented below.
Set(設定) H←H, i←(1,..., N) and compute(計算)B=(IM+(ES/N0)HHH)-1.
For n=1 to (N-N)(n=1 から (N-N)まで)
Begin(開始)
Find(捜す)
Set H ← H , i ← (1, ..., N ) and compute B = (I M + (E S / N 0 ) H H H) −1 .
For n = 1 to ( N -N) (n = 1 to ( N -N))
Begin
Find
such that(以下のような)
Begin(開始)
Update(更新)
End(終了)
such that
Begin
Update
End
このアルゴリズムにおいて、Hpは、Hの(p-1)(L+1)+1乃至p(L+1)の行にわたる(L+1)×Mブロックを示す。このアルゴリズムの複雑さは、タップの数(L+1)と共に著しく増大することに注意する。実際に、前記アルゴリズムのあらゆる段階は、(N-n+1)個の行列式と、サイズ(L+1)×(L+1)の1つの逆行列とを計算する。Lを小さく保つように前記アンテナ選択に対する前記通信路インパルス応答の少数の重要なタップのみを考慮に入れることが可能である。 In this algorithm, H p represents an (L + 1) × M block spanning rows (p−1) (L + 1) +1 to p (L + 1) of H. Note that the complexity of this algorithm increases significantly with the number of taps (L + 1). In fact, every stage of the algorithm calculates ( N− n + 1) determinants and one inverse matrix of size (L + 1) × (L + 1). Only a few important taps of the channel impulse response to the antenna selection can be taken into account to keep L small.
このアルゴリズムは、送信アンテナを選択するように構成されることができる(N=N及びM>M)。再度、前記通信路行列のエルミート共役に対する通信路容量の不変性を利用する。以下のように定義(11)を修正する必要があるのみである。
H=[H:,1[0],..., H:,1[L],..., H:,M[0],..., H:,M[L]]H
H=[H :,1[0],..., H :,1[L],..., H :,M[0],..., H :,M[L]]H (13)
The algorithm can be configured to select a transmit antenna (N = N and M > M). Again, the invariance of the channel capacity with respect to the Hermite conjugate of the channel matrix is used. It is only necessary to modify the definition (11) as follows.
H = [H:, 1 [0], ..., H:, 1 [L], ..., H:, M [0], ..., H:, M [L]] H
H = [ H:, 1 [0], ..., H:, 1 [L], ..., H:, M [0], ..., H:, M [L]] H (13 )
周波数選択性通信路の状況下でM個の中からM個の送信アンテナを選択するための結果として生じる修正されたアルゴリズムの擬似言語記述は、以下に与えられる。 A pseudo-language description of the resulting modified algorithm for selecting M transmit antennas out of M under frequency selective channel conditions is given below.
Set(設定) H←H, i←(1,..., M) and compute(計算)B=(IN+(ES/N0)HHH)-1.
For n=1 to (M-M)(n=1 から (M-M)まで)
Begin(開始)
Find(捜す)
Set H ← H , i ← (1, ..., M ) and compute B = (I N + (E S / N 0 ) H H H) -1 .
For n = 1 to ( M -M) (from n = 1 to ( M -M))
Begin
Find
such that(以下のような)
Begin(開始)
Update(更新)
End(終了)
such that
Begin
Update
End
図3及び4は、本発明による当該方法の性能を図示する幾つかのグラフを示す。送信器12が、M=4の送信アンテナ16を使用するシナリオを考え、各送信アンテナ16は、送信チェーン20に結合され(即ちM=M)、受信器14は、N=4の受信チェーン16を有するのに対し、受信アンテナ22の数は、N=8(図3)及びN=16(図4)である。レイリー・フラットフェージング通信路と、完全に無相関な送信/受信アンテナを仮定する。換言すると、通信路行列Hの成分は、複素次元毎に分散(1/2)を持つ独立に同等に分配されたゼロ平均円形複素ガウス変数としてモデル化される。様々な選択方法からの結果として生じるサブセットに対して、劣化率(outage rate)10%及び1%に対する劣化容量(outage capacity)が、10000回の独立なシミュレーション試行により得られ、結果のグラフが、図3及び4に示される。円形の印を有する実線は、従来技術の徹底的な探索アプローチから結果として生じる最適なサブセットの劣化容量を示す。このような徹底的な探索は、M×M行列の
3 and 4 show several graphs illustrating the performance of the method according to the invention. Consider a scenario where the
の行列式を計算する必要があり、これは、M=M=4、N=4及びN=16の場合に、4×4行列の1820個の行列式になる。星印を有する実線は、上で提案された最初の前記アルゴリズム(即ちフラットフェージング状況下でN個の中からN個の受信アンテナを選択するアルゴリズム)によって決定されたサブセットの劣化容量を表す。この手順の複雑さは、M×M行列により定義される(2M-M+1)(M-M)/2の二次形式の計算により支配される。前記上の例において、二次形式の数は174である。ベンチマーク目的のために、ランダムに選択されたN=4個のアンテナから成るサブセットの性能は三角形の印を有する実線により表される。本発明による前記方法は、最適な選択と比較して無視してもよい損失を生じることが理解されることができる。代わりに、前記ランダムな選択の利得は、所望の劣化率に応じて変化し、低い及び中位のSNRにおいて50%に接近する。 Need to be calculated, which is 1820 determinants of a 4 × 4 matrix when M = M = 4, N = 4 and N = 16. The solid line with an asterisk represents the degraded capacity of the subset determined by the first algorithm proposed above (ie, the algorithm that selects N receive antennas out of N under flat fading conditions). The complexity of this procedure is dominated by a quadratic form calculation of (2 M −M + 1) ( M −M) / 2 defined by an M × M matrix. In the above example, the number of secondary forms is 174. For benchmark purposes, the performance of a randomly selected subset of N = 4 antennas is represented by a solid line with a triangle mark. It can be seen that the method according to the invention results in negligible losses compared to optimal selection. Instead, the random selection gain varies depending on the desired rate of degradation, approaching 50% at low and medium SNRs.
本発明の範囲は、明確に開示された実施例に制限されない。本発明は、各新しい特性及び特性の各組み合わせで実施される。如何なる参照符号も請求項の範囲を制限しない。単語“有する”は、請求項に列挙されたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素の前の単語“1つの”の使用は、複数のこのような要素の存在を除外しない。 The scope of the invention is not limited to the specifically disclosed embodiments. The present invention is implemented with each new characteristic and each combination of characteristics. Any reference signs do not limit the scope of the claims. The word “comprising” does not exclude the presence of elements or steps other than those listed in a claim. The use of the word “one” before an element does not exclude the presence of a plurality of such elements.
Claims (6)
前記N個のアンテナの中のN個から成るサブセットを選択するステップであって、前記N個のアンテナから成る仮定セットから開始し、前記仮定セットからアンテナを(N−N)回除去し、前記除去は、前記アンテナの除去後の前記仮定セットの容量が最大値を持つように行われ、前記サブセットが、N個のアンテナから成る残りの前記仮定セットに対応することにより選択するステップと、
前記N個の受信チェーンをN個のアンテナから成る前記サブセットに結合するステップと、
を有する方法。 A method of receiving N signals by a receiver having N larger than N and having N receiving antennas and N receiving chains,
Wherein an N number of steps of selecting a subset of N in the antenna, said starting from the N hypothesis set of antenna, the antenna was (N -N) times removed from the hypothetical set, the Removal is performed such that the capacity of the hypothetical set after removal of the antenna has a maximum value, and the subset is selected by corresponding to the remaining hypothetical set of N antennas;
Coupling the N receive chains to the subset of N antennas;
Having a method.
前記M個のアンテナの中のM個から成るサブセットを選択するステップであって、前記M個のアンテナから成る仮定セットから開始し、前記仮定セットからアンテナを(M−M)回除去し、前記除去は、前記アンテナの除去後の前記仮定セットの容量が最大値を持つように行われ、前記サブセットが、M個のアンテナから成る残りの前記仮定セットに対応することにより選択するステップと、
前記M個の送信チェーンをM個のアンテナから成る前記サブセットに結合するステップと、
を有する方法。 A method of transmitting M signals by a transmitter having M larger than M and having M transmit antennas and M transmit chains,
Wherein a M number of steps of selecting a subset of M in the antenna, said starting from the assumption set of M antennas, the antenna from the hypothetical set to (M -M) times removed, the Removal is performed such that the capacity of the hypothesis set after removal of the antenna has a maximum value, and the subset is selected by corresponding to the remaining hypothesis set of M antennas;
Coupling the M transmit chains to the subset of M antennas;
Having a method.
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